层孔海绵是奥陶纪-泥盆纪(古生代)标志性的浅海造礁动物之一，在礁构建中的作用、生态地位和地理分布上类似于现代珊瑚。在中奥陶世达瑞威尔晚期（距今4.6亿年前），层孔海绵几乎同时融入热带至亚热带气候区的全球礁生态系统。因为受到奥陶纪生物大辐射事件（Great Ordovician Biodiversification Event, GOBE）期间海洋生物多样化的影响，这一时期的着礁生态系统从微生物主导向层孔海绵和珊瑚主导转变。然而，层孔海绵突然融入礁生态系统引发一系列有趣的关键科学问题：最早的层孔海绵何时出现？它们是如何获得矿化骨骼的？最早的层孔海绵在古生态中扮演了什么角色？它们如何成为礁生态系统的重要组成部分？层孔海绵如何在全球范围内几乎同时分布并对礁生态系统做出贡献？因为缺少早期层孔海绵的化石记录而无从得知。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所早古生代研究团队与韩国古生物研究团队等专家在宜昌远安发现了迄今为止最古老的层孔海绵化石(距今4.8亿年前)，名为嫘（léi）祖冠毛层孔海绵（Lophiostroma leizunia sp. nov. Jeon）。这一发现不仅将造礁的层孔海绵的化石记录提前了约2000万年，还揭示了早期礁生态系统和生物矿化演化的独特机制。该成果于北京时间4月1日在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表，为这些问题提供新的见解。
图1嫘祖冠毛层孔海绵(Lophiostroma leizunia sp. nov. Jeon)构造，纵切面（A-D, F, G）和横切面（E, H-I）特征
通过研究，嫘祖冠毛层孔海绵是通过氟磷灰石（fluorapatite）构建其骨骼的，这在整个海绵类中从未见过（以往研究表明海绵化石骨骼建造要么是碳酸钙，要么是硅）。这一新发现确立了多孔动物门（Porifera），这是第一个已知的利用三种主要生物矿物质（硅、碳酸钙和磷酸钙）的后生动物门。早期层孔海绵骨骼中磷酸盐的存在拓展了人类对早期动物生物矿化能力的理解，这表明早期海绵可能已具备多样化生物矿化策略所需的遗传能力。
图2嫘祖冠毛层孔海绵的元素分布
不仅如此，嫘祖冠毛层孔海绵还形成复杂的礁结构，在框架构建和结合其他造礁生物组分（如钙微生物、石松海绵、瓶筐石、棘皮动物等）方面发挥了关键作用。这些早期的层孔海绵所建造的礁结构的复杂性堪比后来的礁生态系统。这一发现将造礁层孔海绵的化石记录提前了约2000万年。
图3宜昌远安发现的早奥陶纪层孔海绵-棘皮动物生物礁
这项研究的意义不仅在于填补了层孔海绵早期演化历史的空白，还为理解早期动物的生物矿化过程提供了新的视角。它揭示了地球历史上关键时期礁生态系统的复杂性，以及生物如何适应和改变环境。
研究团队认为，嫘祖冠毛层孔海绵可能代表了磷酸盐生物矿化的早期"实验品"，后来在海洋化学变化的背景下被基于碳酸盐的海绵所取代。这一发现强调了环境因素在塑造生物演化过程中的重要性。
总而言之，这项研究不仅推进了我们对早期生命演化的理解，还为未来研究早期地球环境与生物相互作用提供了新的方向。它展示了生物多样性和生态系统复杂性在地球历史早期阶段（距今4.8亿年前）就已经存在，为我们理解现代海洋生态系统的起源和演化提供了宝贵的线索。
该成果得到中国国家自然科学基金委和中国科学院战略性先导科技专项（B类）等项目支持。
论文相关信息：Juwan Jeon, Mar Simonet Roda, Zhong-Yang Chen, Cui Luo, Stephen Kershaw, Daeyeong Kim, Jun-Ye Ma, Jeong-Hyun Lee, Yuan-Dong Zhang, 2025. Phosphatic stromatoporoid sponges formed reefs ~480 Mya. Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 122, No. 0, e2426105122, https://doi.org/10.1073/pnas.2426105122
编辑：诸鹏飞
审核：盛捷